JP4789436B2 - 磁界レンズ - Google Patents
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Description
本発明は、改良されたマルチコイル磁界レンズを提供する。この改良されたレンズは、磁界強度の作動範囲に亘って実質的に一定の電力を消散するだけでなく、ダイナミックフォーカスのために変調された電流によっても十分駆動されるほど反応性のよいものである。このマルチコイル磁界レンズは様々な用途に使用可能であるが、デュアルビームシステムの走査電子顕微鏡(SEM)用の対物レンズに好適である。なぜならば、熱的安定を得るために必要な過度のセットアップ時間を要することなく、磁界強度が調整可能だからである。デュアルビームシステムは、大抵、集束イオンビームカラムとSEMを装備していると共に、更に、そのシステム内に他の放射デバイスや観察デバイスも装備していることもある。
特別なレンズ構造を説明する前に、この一定の起電力方法の理論的な面をまず説明する。マルチコイル磁界レンズは、共通コアの回りに配設された2又はそれ以上のコイルを有する。このことは、結果的に、全体のレンズ磁界が個々の構成コイルの磁界の総和であることとなる。コイルの磁界はコイル電流とコイルの巻回数に比例する。
Ptot=R1・I1 2 + R2・I2 2 +…+ RN・IN 2 となる。
以下の分析は二つのコイルS1とS2を有するレンズに関するものであり、両方のコイルが同じ平均直径とワイヤパラメータと温度を有することを前提とする。そのコイルにおいて発生された全磁界と総起電力は、個々のコイル分の総和に比例する。
即ち、BII∝n1・I1+n2・I2 と、PII∝n1・I1 2 +n2・I2 2 である。
I1とI2の値は、上記の設計上の制約の下で、有効磁界BIicを最大にするために決定されうる。このことは、磁界関数の導関数を取りそれをゼロに設定することによってなされる。このことは、結果的にI1=I2のときに最大磁界が生じる。
I1max=I2max=−√(n2/n1)であり、
P1Bmin=1−n2/n1となり、そして、
I1Bmin=√((n2(n1−n2))/n1 2)であり、
BIIcmin=(n1/n2)・I1Bmin+I2max=√((n1−n2)/n2)−√(n2/n1)である。
BIIcmax=(n1/n2)・I1Bmax+I2Bmax=√((n1+n2)/n2)である。
√((n1−n2)/n2)−√(n2/n1)<BIIc<√((n1+n2)/n2)である。
図2(A)は、n1=n2のケースを図示している。n1=n2の標準化されたケースのための一定の起電力のカーブ305が図示されている。それはI1とI2の値を互いに特定する。カーブ307は、第1のコイルで損失する電力P1cnsを示している。カーブ309は、第2のコイルで損失する電力P2cnsを示している。一次コイル電流I1が単一の方向に流れる電流であるので、一定の起電力のカーブ305の正側のみが描かれている。カーブ305上の全ての点は、n1=n2の場合の標準化された一定の起電力の条件を満たしている。I1か又はI2を知ることによって、以下の式を解いて他方の電流の値を決定することができる。
−1<BII<√2である。
図2(B)は、n1=2n2のケースを図示している。カーブ315は、この場合の一定の起電力のカーブPIIcnsである。カーブ317は、第1のコイルで損失する電力P1cnsを示している。カーブ319は、第2のコイルで損失する電力P2cnsを示している。この実施の形態にとっては、コイル電流I1が単一の方向に流れる電流であるという設計上の制約があるので、一定の起電力カーブ315の正側のみが描かれている。このカーブ315上の全ての点は、ケース1の場合の一定の起電力の関係を満たしている。I1か又はI2を変更することによって、カーブ上の変更した値を除外した他方の新たな値が見つけられる。
1−1/√2<B<√3である。
図2(C)は、n1=3n2のケースを図示している。カーブ325は、n1=3n2の場合の一定の起電力のカーブである。それはI1とI2の値を互いに特定して、ケース1の標準化された一定の起電力を維持する。カーブ327は、第1のコイルで損失する電力P1cnsを示している。カーブ329は、第2のコイルで損失する電力P2cnsを示している。
√2−1/√3<B<2即ち0.83<B<2である。
図3(A)は、マルチコイルレンズ組み立て体を具備するマルチコイルレンズハウジング400の一つの実施の形態を図示している。ハウジングケーシング402と入出力部404が図面に示されている。この入出力部404は、マルチコイルレンズ組み立て体への電力と制御信号を提供するため、そしてレンズ組み立て体から熱を取り除いて消散する水冷消熱機構への流体の接続を提供するために使用される。
ある一つの実施例においては、レンズ組み立て体は0.5乃至2keVの範囲でビームを取り扱うことが望まれる。このことは、大体磁界BIICが約2又はそれ以上であることが必要となる。この条件に合致するレンズ設計は以下の表1に記載する物理パラメータを有する。
図4は、コイル部417a、417b、419を電気的に駆動する回路500の一つの実施の形態を図示している。回路500は、一般的に、DAコンバータ(DAC)502A,502B,526A,526Bと、アナログ加算増幅器504,524と、アナログ減算増幅器506,522,508,514,516と、ローパスフィルタ509と、コイル部417a、417b、419と、計測抵抗器510,520と、帰還増幅器512,518を有する。この回路は、2つの部分に分けられることができる。即ち、一次コイル(417a、417b)を駆動するものと、 二次コイル(419)を駆動するものである。一次コイル417を駆動する回路を始めに説明して、次いで二次コイル419を駆動する回路について説明する。
SEM顕微鏡は、主として、半導体ウェハの諸特性を非常に精密に検査するために使用されている。しかし、デュアルビームシステムにおいては、電子ビームは試料上の走査すべき走査フィールドに通常垂直に配向されるものではない。その代わりに、試料から、例えば、45度の角度で偏位することも可能である。(このことが図5(A)と5Bに描かれている。)このことは、結果的に、ビーム源から走査フィールド上の各種ポイントへのビーム経路の差異となり、補償しない場合には、認められないようなエラーが生じるほどに互いに異なってしまう。
図示しない、デュアルビ−ムシステムの例において、上記のマルチコイルレンズは、以下表2のような特性を有する。
ZFOCUS≒2.3mmである。
ΔNI=(ΔZFOCUS/ZFOCUS)・NI≒(25μm/2.3mm)・1140=12.4A・tとなる。
ΔI2=ΔNI/n2=36mAppとなる。
ΔV2=−L2・ΔI2/(tPERIOD)/10)
≒1.5VPPとなる。
Claims (3)
- それぞれが付加的な磁界を発生してビーム収束磁界を形成するコイル巻回部を有する一次コイル部と二次コイル部であって、一次コイル部の方が二次コイル部に比べてより大きなコイル巻回数を有し、両コイル部によって発生された起電力を組み合わせた平均起電力が磁界強度の作動範囲に亘って実質的に一定の状態で、作動時に実質的に一定の温度サインを有するように構成されているものとからなる磁界レンズであって、
二次コイル部がダイナミックフォーカス電流で駆動されたときに、二次コイル部がダイナミックフォーカスを実行するのに十分な応答性を有するものであり、
前記一次コイル部が第1と第2のサブコイル部に分かれており、前記二次コイル部が前記第1と第2のサブコイル部の間に配設されていることを特徴とする磁界レンズ。 - 前記第1と第2のサブコイル部が実質的に同じコイル巻回数を有することを特徴とする請求項1に記載の磁界レンズ。
- 荷電粒子カラムを具備したデュアルビームシステムであって、
荷電粒子源組み立て体と、
荷電粒子源によって照射される試料を保持するホルダと、
前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを収束するために前記荷電粒子源と前記ホルダの間に配設された磁界レンズであって、第1のコイル部の磁界成分を発生するコイル巻回部を有する第1のコイル部と第2のコイル部の磁界成分を発生するコイル巻回部を有する第2のコイル部を有し、両コイル部が前記第1と 第2のコイル部の磁界成分の総和であるビーム収束磁界を生成するように構成され、第1のコイル部の方が第2のコイル部に比べてより大きなコイル巻回数を有し該第2のコイル部が該第1のコイル部に比べてより速い反応性を有する磁界レンズと、
前記第1のコイル部と第2のコイル部に接続された回路であって、前記第1のコイル部と第2のコイル部を駆動させて有効な磁界の範囲から選択されたビーム収束磁界を発生し、両コイル部によって生成された全平均起電力が有効な磁界の範囲に亘って実質的に一定であり、その全平均起電力が実質的に一定であるときに 該両コイル部がそのコイル部に亘って実質的に一定の温度サインを有するように構成され、ビーム収束磁界を変更するために前記両コイル部の最大の電流変化が前記第2のコイル部に生じるようにするものとからなり、
前記第1のコイル部が前記第2のコイル部を挟持する第1と第2のサブコイル構成部分を具備することを特徴とするデュアルビームシステム。
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